Kokonaisenergiatarkastelu Uudet, heinäkuusta voimaan tulevat rakentamisen energiamääräykset D3 2012 Jarek Kurnitski
Towards nzeb: Roadmap of some countries towards nearly zero energy buildings to improve energy performance of new buildings Many countries have prepared long term roadmaps with detailed targets Helps industry to prepare/commit to the targets Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
ERA17 kansallinen toimintaohjelma: yksi keskeinen toimenpide seuraavan 10 vuoden rakentamismääräysten tiekartan laatiminen kehityksen ennakoinnin helpottamiseksi www.era17.fi Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi EPBD recast: Kaikki uudet julkiset rakennukset ovat 31.12.2018 jälkeen lähes nollaenergiataloja Kaikki uudet rakennukset ovat 31.12.2020 jälkeen lähes nollaenergiataloja http://eur-lex.europa.eu/johtml.do?uri=oj:l:2010:153:som:fi:html http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm Direktiiviä toimeenpanevien kansallisten säädösten tulee olla annettu ja julkaistu viimeistään 9.7.2012 Jarek Jarek Kurnitski
Rakentamismääräysten kehittyminen C3 1976 C3 1978 C3 1985 C3 2003 C3 2007 C3 2010 D3 2012 Ulkoseinä, W/(m 2 K) 0,40 0,29 0,28 0,25 0,24 0,17 0,17 Yläpohja, W/(m 2 K) 0,35 0,23 0,22 0,16 0,15 0,09 0,09 Maanvarainen alapohja, W/(m 2 K) 0,40 0,40 0,36 0,25 0,24 0,16 0,16 Ikkuna, W/(m 2 K) 2,1 2,1 2,1 1,4 1,4 1,0 1,0 Lämpöhäviön kompensaatioraja, % 10 20 30 vapaa Ilmanpitävyys 50 Pa paine-erolla n 50 = 4,0 n 50 = 4,0 n 50 = 4,0 q 50 = 4,0 LTO:n vuosihyötysuhde, % 30 30 45 45 Iv:n ominaissähköteho, kw/(m 3 /s) 2,5 2,5 2,5 2,0 E-luku 150 m 2 talolle, kwh/(m 2 a) 162 Jarek Kurnitski
Vuosi 2008: Rakentamismääräykset 2012 (Vapaavuori, Asuntoforum 2008) Jarek Jarek Kurnitski
For components EP requirements Energy frame Primary en. or CO 2 em. EPBD 2002, EuP 2005, RES 2008, EPBD recast 2010 have resulted regulation revisions in 2-3 years interval Denmark Italy Belgium Greece Germany Hungary Netherlands Portugal Austria Czech Latvia Slovenia Finland 2012 France Poland UK Spain Estonia Sweden Norway Source: Kurnitski J. Contrasting the principles of EP requirements and calculation methods in EU member states. REHVA journal, December 2008, 22 28. Finland Lithuania Hourly Dynamic Monthly simplified simulation Calculation methods Situation in the member states after EPBD implementation in June 2008 regarding EP requirements for new buildings and calculation methods In the figure, the most developed available calculation method is shown; in many countries simplified methods may used in parallel or for some building type Jarek Kurnitski
Energiatodistus: virallisesti laskettu ja todellinen energiatehokkuus 2-kerroksinen kompakti pientalo 145 m 2 D5:n ja energiatodistuksen asetuksen mukaisesti laskettuna Laskentatapaus U-arvo, ulkoseinät LTO hyötysuhde ET-luku, Ostoenergia, kwh/br.m 2,a ET-luokka - kwh/br.m 2,a CO 2 -päästöt, kgco 2 /br.m 2,a Perustapaus suoralla sähkölämmityksellä 0.24 60 181 C 176 70 Perustapaus maalämpöpumpulla 0.24 60 187 C 106 42 Sähkölämm., parannettu n 50, LTO ja U-arvot 0.19 80 146 A 140 56 Maalämpö, parannettu n 50, LTO ja U-arvot 0.19 80 153 B 89 36 Nykyinen virallinen energiatehokkuustarkastelu johtaa päästöjen kasvuun kun lämmitystapaa ja primäärienergian käyttöä ei oteta huomioon Jarek Kurnitski (TKK, LVI-tekniikka 2008)
2012 Energiapaketti uudisrakentamiseen kokonaisenergiatarkastelu/primäärienergia - julkistettiin 30.3.2011 - tulevat voimaan 1.7.2012 http://www.withouthotair.com/ if everyone does a little, we ll achieve only a little suurin muutos rakentamismääräysten antamisesta 1976 Jarek Kurnitski
Kokonaisenergiavaatimus E-luku Keskeinen ohjaava vaatimus kokonaisenergiavaatimus = vaatimus lopputuloksen energiatehokkuudelle Kokonaisenergiankulutus esitetään suorituspohjaisella E-luvulla, joka lasketaan rakennukseen ostettavien energioiden ja energiamuotojen kertoimien tulona ja ilmaistaan kwh/(m 2 a) yksiköllä Keinot energiatehokkuuden saavuttamiseksi vapaat Rakennuksen lämpöhäviön määräystenmukaisuus (tasauslaskelma vertailuarvoilla, ei muutoksia) toimi perälauta-arvona, ei ole yleensä ohjaava, myös kompensaatiorajoitukset poistuneet Energiamuodon kerroin Sähkö 1,7 Kaukolämpö 0,7 Kaukojäähdytys 0,4 Fossiiliset polttoaineet 1 Uusiutuvat polttoaineet 0,5 Jarek Jarek Kurnitski
E-luku kwh/(m 2 a) D3 2012 kokonaisenergiavaatimukset Käyttötarkoitusluokka E-lukuvaatimus kwh/m 2 vuodessa Luokka 1 Pientalo Pinta-alan mukaan Rivitalo 150 Luokka 2 Asuinkerrostalo 130 Luokka 3 Toimistorakennus 170 Luokka 4 Liikerakennus 240 Luokka 5 Majoitusliikerakennus 240 Luokka 6 Opetusrakennus ja päiväkoti 170 Luokka 7 Liikuntahalli (pois lukien uima- ja jäähalli) 170 Luokka 8 Sairaala 450 Luokka 9 Muut rakennukset ja määräaikaiset rakennukset E-luku on laskettava, mutta sille ei ole asetettu vaatimusta 220 204 204 200 Pientalojen vaatimus 180 160 140 162 152 120 100 100 150 200 250 300 Lämmitetty nettoala, m 2 Jarek Kurnitski
D3 2012 rakenne Käyttötarkoitusluokkien jaottelu Liitteessä 1 - Jos useampi kuin yksi käyttötarkoitus niin vaatimukset rakennuksen osille (2.1.5) + alle 10%:n säännöllä voi laskea muihin aloihin kuuluviksi - E-luku + muut vaatimukset käyttötarkoitusluokille Luokka 1 Luokka 8 - Luokka 9: Muut rakennukset ei E-luku vaatimusta (varastot, uima-, jäähallit, autotallit) Energiatehokkuuden vaatimukset: - 2.1 Rakennuksen kokonaisenergiankulutus (E-luku) - 2.2 Kesäajan huonelämpötilan hallinta - 2.3 Rakennusvaipan ilmanpitävyys - 2.4 Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien enimmäisarvot - 2.5 Rakennuksen lämpöhäviöt omat tässä kohdassa kuvatut laskentasäännöt - 2.6 Ilmanvaihtojärjestelmän energiatehokkuus - 2.7 Rakennuksen lämmitysjärjestelmän tehot - 2.8 Energiankäytön mittaus - 2.9 Määräaikaiset rakennukset - 2.10 Loma-asunnot Säätiedot (mitoitusulkolämpötilat ja uusi energialaskennan testivuosi) Liitteessä 2 Jarek Jarek Kurnitski
Netto-ostoenergia (sähkö, kaukolämpö, kaukojäähdytys, polttoaineet) Energiatehokkuuden määritelmät kokonaisenergiatarkastelua varten TILOJEN ENERGIANTARVE Lämmitys Jäähdytys Ilmanvaihto Käyttövesi Valaistus Laitteet Netto-ostoenergian taseraja Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja Auringon säteily ikkunoiden läpi Lämpökuorma ihmisistä Lämpöhäviöt NETTOTARPEET lämmitysenergia jäähdytysenergia sähkö Uusiutuva omavaraisenergia TEKNISET JÄRJESTELMÄT Järjestelmähäviöt ja -muunnokset OSTOENERGIA sähkö kaukolämpö kaukojäähdytys Polttoaine uusituvat / uusiutumattomat MUUALLE VIETY ENERGIA sähkö lämmitysenergia jäähdytysenergia Nettotarve (huonelämpötilan ylläpito) Kulutus (järjestelmät) Uusiutuva omavaraisenergia Ostoenergia (järjestelmien kulutus katetaan ostoenergialla) Muualle viety energia Netto-ostoenergia Energiamuotojen kertoimet Energialuku 10 kwh nettotarve Lattialämmitys 85%: 11,8 kwh kulutus Lämpöpumppu 3,5: 3,4 kwh ostoen. Energiamuodon kerroin 1,7 E-luku 5,7 kwh 2010
D3 taseraja Ostoenergian (järjestelmien) energiankulutuksen taseraja Auringon säteily ikkunoiden läpi Lämpökuorma ihmisistä Uusiutuva omavaraisenergia TILOJEN ENERGIANTARVE Lämmitys Jäähdytys Ilmanvaihto Käyttövesi Valaistus Kuluttajalaitteet NETTOTARPEET lämmitysenergia jäähdytysenergia sähkö TEKNISET JÄRJESTELMÄT Järjestelmähäviöt ja -muunnokset OSTOENERGIA sähkö kaukolämpö kaukojäähdytys polttoaineet uusituvat ja uusiutumattomat Lämpöhäviöt Ei ole lainsäädäntöä verkkoon syöttämiselle netto-ostoenergian taseraja jätettiin sen takia pois Nollaenergiataloja tällä taserajalla ei siis vielä voi tehdä Jarek Jarek Kurnitski
Kokonaisenergiatarkastelun aiheuttama rakenteellinen muutos Mahdollistavat määräykset Avoin laskentamenetelmä kv. uutuusarvoakin! Läpinäkyvyyden varmistaminen: - Pakolliset laskennan lähtötiedot rakennustyypin standardikäytön määrittelemänä (sisäilmasto, lämpökuormat, käyttöajat, ym. D3) - Laskentasäännöt siitä, mitkä asiat otetaan laskennassa huomioon (läpinäkyvyys, yksinkertaistukset, ei ylimonimutkaisteta, D3) Markkina- ja kehityshenkisyys: - Vaatimukset laskentatyökaluille (D3) - Ei ole virallista, uusia innovatiivisia ratkaisuja rajoittava menetelmää (kaupalliset laskentatyökalut) Jarek Jarek Kurnitski
Kesäajan huonelämpötilan hallinta Kesäajan huonelämpötilaa rajoitetaan: - niin, että jäähdytysrajan arvoa (asunnot 27 C, muut 25 C) ei saa ylittää enemmän kuin 150 astetuntia 1. kesäkuuta ja 31. elokuuta välisenä aikana energialaskennan testivuodella laskettuna (uusi testivuosi) vaatimuksenmukaisuus osoitetaan eri tilatyyppien lämpötilasimuloinnilla pientaloissa lämpötilatarkastelua ei tarvita lisäksi loma-asunnoissa ja rakennuksissa, joille ei ole E-luvun vaatimusta ei tarvitse suorittaa kesäajan huonelämpötilan laskentaa Jarek Jarek Kurnitski
Vaatimukset laskentatyökaluille Laskentamenetelmät: Rakennusten, joissa ei ole jäähdytystä tai jäähdytystä on vain yksittäisissä tiloissa, energialaskenta voidaan suorittaa kuukausitason laskentamenetelmällä. Kaikkien muiden rakennusten energialaskenta pitää suorittaa dynaamisella laskentatyökalulla. Kesäajan huonelämpötilan laskenta pitää suorittaa dynaamisella laskentatyökalulla Laskentatyökalut: Dynaamisen laskentatyökalun kelpoisuus tulee osoittaa Dynaamisen laskentatyökalun voidaan validoida siihen tarkoitettujen SFS EN, CIBSE tai ASHRAE standardien tai vastaavien IEA BESTEST testitapausten mukaisesti (mm. lämmitys- ja jäähdytysenergian testitapausten osalta) Jarek Jarek Kurnitski
Energiatodistus: How to integrate nzeb into energy certificate scale? nzeb as technically reasonable achievable cost optimal for new buildings, category B or C req. for new buildings (typically not cost optimal yet) Revision of certificates scales needed: Cost optimal requirements for new buildings cannot be any more in D category, as calculated for 30 years period with 3% interest rate Existing A may be split (A+, A++) or changed Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Net delivered energy Example nzeb Office building System boundary of net delivered energy Solar and internal heat gains/loads System boundary of delivered energy 15.0 PV electricity, from which 6.0 used in the building and 9.0 exported 1,1 0,6 3,2 NET ENERGY NEED (47.2 kwh/(m 2 a)) Appliances (users') Lighting 10,8 10 Heat exchange through the building envelope 21,5 Space heating Heating of air in AHU Cooling in room units Cooling of air in AHU NET ENERGY NEED (47.2 kwh/(m 2 a)) 3.8 heating 11.9 cooling 21.5 appliances 10.0 lighting BUILDING TECHNICAL SYSTEMS Boiler 3.8/0.9 = 4.2 Free cooling 4.0/10 = 0.4 Compressor cooling 7.9/3.5 = 2.3 Ventilation 5.6 Appliances 21.5 Lighting 10.0 (Sum of electricity 39.8) DELIVERED ENERGY Fuel 4.2 Electricity 33.8 EXPORTED ENERGY Electricity 9.0 Primary energy: 4.2*1.0 + (33.8-9.0)*2.5 = 66 kwh/(m 2 a) Electricity use of cooling, ventilation, lighting and appliances is 39.8 kwh/(m 2 a) Solar electricity of 15.0 kwh/(m 2 a) reduces the net delivered electricity to 24.8 kwh/(m 2 a) Net delivered fuel energy (caloric value of delivered natural gas) is 4.2 kwh/(m 2 a) and primary energy is 66 kwh/(m 2 a) Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
Pariisi, Elithis Tower Koneellinen tulo- ja poisto LTO Jäähdytyspalkit Yötuuletus, atrium poistona Adiabaattinen + kompressorijäähdytys Pyöreä muoto + ulkoinen auringonsuojaus Jarek Kurnitski
Ympäristötalo, Viikki Kaksoisjulkisivu etelään aurinkopaneeleilla Likaisten tilojen iv LTO 80%, SFP 1,4-1,6 Tarpeenmukainen iv ei toimistotiloissa Valaistuksen päivänvalo-ohjaus, 7 W/m 2 Porareikäjäähdytys 11 kwh/(m 2 a) tuotto E-luku 85 (2012 vaatimus 170) E-luvun puolittamisen lisäkustannus 3...4% Energian Osto- Energia- E-luku nettotarve energia muodon kwh/(m 2 a) kwh/(m 2 a) kerroin, - kwh/(m 2 a) Tilojen ja ilmanvaihdon lämmitys 26,6 32,2 0,7 22,6 Lämpimän käyttöveden lämmitys 4,7 6,1 0,7 4,3 Jäähdytys 10,6 0,3 1,7 0,5 Pumput ja puhaltimet 9,4 9,4 1,7 16,0 Valaistus 12,5 12,5 1,7 21,3 Käyttäjäsähkö 19,3 19,3 1,7 32,7 PV -7,1 1,7-12,0 Yhteensä 83 73 85
Lähes nollaenergiarakentamisen osaamisen kehittäminen Sitran Energiaohjelman ja Ympäristöministeriön yhteistyössä 1. 2012 energiamääräykset RakMk D3 2012, D5 2012 ja C4 2012 2. Energiamuodon huomioon ottaminen määräyksissä: päästö- ja primäärienergiakertoimien taustaselvitys 3. Laskennassa käytettävien säätietojen tarkistaminen: uuden energialaskennan testivuoden kehittäminen 4. Kylmäsiltojen huomioon ottaminen määräyksissä taulukkoarvoilla + yksityiskohtaisempi laskentaopas 5. Lämmitys- ja LKV- järjestelmien hyötysuhteiden taulukkoarvojen päivitys + yksityiskohtaisempi laskentaopas 6. Aurinkolämmön ja -sähkön laskentaohjeet + laskentaopas 7. Lämpöpumppujen laskentaohjeet + laskentaopas 8. Jäähdytysjärjestelmien laskentaohjeet + laskentaopas 9. 2012 E-lukujen vaatimustasojen arviointiprojekti RT 10. Myös muita oppaita kuten RIL:n matalaenergiaoppaat Jarek Jarek Kurnitski
2012 kustannusoptimaalisuus lähes nolla 2021 7-9 vuotta aikaa lähes nollaenergiarakentamiseen vaikka missään ei vielä tarkkaan tiedetä mitä se on EPBD recast vaatii samalla kustannustehokkuutta ja lähes nollaenergiarakentamista: - Kustannusoptimaalisuus on ensimmäinen askel lähes nollan suuntaan - Sujuvaksi siirtymiseksi lähes nollaan, komission mukaan tavoitteita on tarvittaessa yhteen sovitettava, koska nykyisen käsityksen mukaan lähes nolla ei ole kustannustehokas, ellei siten riittäviä kannustimia ole tarjolla nykyisten (2012) E-lukujen kustannusoptimaalisuuden tarkastelu kesään mennessä 2015 mennessä annettava välitavoitteet uusille rakennuksille tiekartta tarvitaan siis direktiivinkin vaatimana, myös keskeinen ERA17 toimenpide Uudet määräykset D3 2012 ovat nollaenergiakelpoisia ja näissä on kv- uutuusarvoakin mm. innovatiivisten järjestelmien käsittelyn ja kaupallisten laskentatyökalujen osalta Lähes nollaenergiarakentaminen edellyttää verkkoon syöttämisen pelisääntöjen selkeyttämistä muualle viety energiaa ei ole 2012 taserajassa vielä mukana Tekninen nzeb rakentamisen valmius syntymässä pilottihankkeiden sekä suunnittelu- ja laskentaohjeistuksen valmistumista myöten Jarek Kurnitski